Способ получения тонкопленочных структур на основе кремния

(51) 30 29/06 (2006.01) 30 30/02 (2006.01) 30 30/04 (2006.01) 01 31/0392 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к полупроводниковому приборостроению и солнечной энергетике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых кремниевых структур. Демонстрируется способ оптимизации метода магнетронного распыления для получения тонкопленочных кремниевых структур посредством регулирования разности потенциалов между управляющим катодом и анодом магнетронной установки. Это позволяет варьировать условия осаждения тонких пленок, создавая возможность получения материалов с заданными полупроводниковыми свойствами.(72) Омаров Марат Ахметович Токмолдин Нурлан Серекболович Клименов Василий Васильевич Чучвага Николай Алексеевич Токмолдин Серекбол Жарылгапович(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ Изобретение относится к способу получения тонких полупроводниковых пленок кремния с варьируемыми условиями осаждения. Разработка методов получения полупроводниковых структур с регулируемыми характеристиками является одной из важных задач в области материаловедения. При этом особой надежностью в промышленных приложениях отличаются такие хорошо изученные методы, как магнетронное распыление. Данный метод хорошо подходит как для получения металлических пленок,так и для получения полупроводниковых и оксидных материалов. Одним из важнейших материалов полупроводниковой промышленности является кремний, однако, на настоящий момент метод магнетронного распыления кремния не используется широко. При этом известны иные материалы, в частности, углеродные пленки,получение которых методом магнетронного распыления хорошо отработано. Стоит отметить,что в периодической таблице химических элементов углерод находится в одной группе с кремнием и имеет ряд схожих физико-химических свойств. Известен метод получения монокристаллических углеродных пленок методом магнетронного распыления, в котором углеродная плазма образуется при распылении углеродной мишени,после чего происходит ускорение ионов углерода и их осаждение на монокристаллическую подложку( К.К.,М.А./96/25537, 1996). Плазма создается в постоянном электрическом поле. Для увеличения скорости роста углеродных пленок между мишенью и подложкой в дополнение к электрическому создается продольное магнитное поле. Данный метод наиболее близок к заявляемому и взят за прототип. Недостаток прототипа заключается в том, что мишень и ускоряющий катод поддерживаются при одном и том же электрическом потенциале, что затрудняет регулирование скорости осаждения ионов мишени и получение пленок с варьируемыми условиями осаждения. Для повышения гибкости при выборе экспериментальных условий, а также создания возможности осаждения материалов с заданными полупроводниковыми свойствами предлагается способ получения полупроводниковых материалов на основе кремния с регулируемыми условиями магнетронного осаждения для использования в фотовольтаике,полупроводниковом приборостроении и других смежных областях. Сущность изобретения Предлагаемое изобретение Способ для получения структур на основе кремния заключается в магнетронном осаждении ионов кремниевой мишени на выбранную подложку, при этом скорость попадания ионов мишени на подложку регулируется потенциалом управляющего катода. При этом создается возможность для изменения скорости роста, плотности упаковки атомов и кристаллической структуры осаждаемой пленки. 2 Для объяснения сути изобретения приводится фиг.1. Плазма,ионы которой распыляют кремниевую мишень 1, создается при разряде в постоянном электрическом поле между анодом 2 и катодом-мишенью. Направление движения и скорость заряженных частиц мишени регулируются магнитным полем между нижним (вблизи мишени) 3 и верхним (вблизи управляющего катода) 4 постоянными магнитами и электрическим полем между анодом и управляющим катодом 5. Подложка 6 помещается между верхним магнитом и управляющим катодом. Для беспрепятственного попадания частиц мишени на подложку анод и управляющий катод имеют кольцеобразную форму. Электрический потенциал анода регулируется внешним источником питания 7. Потенциал управляющего катода регулируется управляющим резистором 8. Примеры Пример 1. Образец фотоэлектрического преобразователя на основе полупроводникового перехода между кристаллическим кремнием -типа проводимости и кремниевой пленкой, полученной при магнетронном распылении кремния-типа проводимости,изготавливался следующим образом. Монокристаллическая кремниевая пластина -типа проводимости с номинальным сопротивлением 10 Ом/квадрат, диаметром 76 мм и толщиной 500 мкм подвергалась очистке органическим растворителем(СС 4) для удаления поверхностных жировых загрязнений. Далее проводилась промывка образцов в бидистиллированной воде в ультразвуковой ванне с последующей сушкой в вакуумной печи при температуре до 500 С. Подготовленные образцы помещались в реактор, и проводился процесс магнетронного осаждения при использовании кремниевой мишени -типа проводимости. При осаждении первоначально производилась откачка реактора до давления 10-6 мм.рт.ст. Далее осуществлялась продувка реактора аргоном в течение 1,5 часа при давлении аргона 10-3 мм.рт.ст.,после чего следовал напуск в камеру метана (С 4). Зажигание плазмы инициировало процесс роста кремниевой пленки на подложке. При этом,разность потенциалов между катодом-мишенью и анодом поддерживалась равной 6,3 кВ, а разность потенциалов между катодом-мишенью и управляющим катодом изменялась в пределах от 2 кВ до 4 кВ. Длительность процесса осаждения составляла 42 минуты. По окончании процесса осаждения весь объем реактора продувался азотом перед его разгрузкой. Спектр квантовой эффективности преобразования оптических фотонов в свободные электроны в полученной структуре представлен на фиг.2. Наблюдаемый фотовольтаический эффект свидетельствует об образовании структуры с возможными варизонными характеристиками на основе аморфного кремния. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ магнетронного осаждения тонких полупроводниковых пленок кремния,отличающийся тем, что в ходе осаждения скорость попадания ионов мишени на подложку регулирует потенциалом управляющего катода и осаждаемые частицы направляют на подложку совместно действующими электрическим и магнитным полями.